烟气CEMS（精选五篇）
烟气CEMS 篇1
烟气CEMS在线监测系统主要是对企业环保烟囱进行实时监测, 并将监测数据以数字字符串的形式发送到省环控中心, 以便其对企业生产排放情况进行了解和监管。监测系统从环保烟囱采集有关烟气温度, 湿度, SO2、NOX、O2含量, 动静压, 流量等一系列相关数据。企业以及运营商对检测系统的维护起着至关重要的作用, 对整个系统的硬件、软件不熟悉, 会导致上传数据的错误与偏离, 以及维护周期长所致的不上传等, 直接影响到省厅对企业的监管, 以致发生处罚等严重后果。
针对这些情况, 以SO2、NOX为例, 介绍检测系统的原理及配置。
1 监测原理及系统组成
中条山有色金属集团公司侯马北铜铜业有限公司两大环保烟囱高度分别为120m、80m, 安装探头规定为烟囱高度的1/3处, 即分别在40m、30m平台处, 考虑到维护时的困难, 决定采用稀释法进行烟气SO2和NOX测量。目前国内较为普遍使用的测量方法有两种:直抽法, 即利用抽气泵把经过预处理, 除去水分, 烟尘等杂质的烟气, 吸入到分析仪进行PPM含量测量;稀释法, 利用压缩空气, 通过文丘里喉把烟气按一定的比例稀释后, 形成负压系统 (不需抽气泵) , 直接进入分析仪, 进行分析测量, 预处理过程较为简单, 烟气浓度低, 便于日常维护, 但必须经常对分析进行标准气标定来确定正确的稀释比。
1.1 采用稀释法的优点
该公司有现成的仪表气源, 可作为稀释气。采用稀释法可以解决以下问题:
(1) 样气在输送过程中的冷凝。直抽法直接吸入高温烟气, 在样气输送过程中极易形成冷凝水, 影响实际烟气PPM的测量。
(2) 采样探头的腐蚀、堵塞。直抽法因为是直接吸入, 烟气浓度较高, 含杂质多, 加上有大量的冷凝水, 易形成酸, 对采样管道及相关设备如三通电磁阀、抽气泵等影响较大。
(3) 一次、二次等过滤材料更换频繁。
(4) 系统的维护量过大。
1.2 稀释法的工作原理
稀释法采用文丘里喉, 其原理如图1所示。稀释气体由C口吹入, 经文丘里喉, 由D口流出, 此时在文丘里喉附近O处产生巨大负压。烟气在此负压作用下 (-40~60k Pa) , 由O口经E处小孔被卷吸入文丘里喉, 并混以吹入的稀释气由E口流出, 从而形成稀释后的样品气, 用于SO2、NOX气体的测量。相对直抽法, 样气浓度大大降低。
1.3 监测系统硬件与软件配置
系统的监测数据为现场直接采集的模拟信号, 经相应的过程分析仪分析后, 送入主控室, 用于实时监测。CEMS烟气在线监测硬件结构如图2所示。
通信采用Mod Bus标准协议, 传输模式为RTU, 通信接口RS-232/RS-485用数据线连接到工控机, 通信参数为9600, 8位数据位, 1位停止位, 无校验。上机位软件采用IFIX编辑, 界面设置有多种画面, 包括参数设置、历史曲线、实时监测等。CEMS烟气监测软件模块组成如图3所示。
2 测量控制及技术指标
2.1 气路原理及标定
根据工艺流程, 通过稀释探头进行采样, 配套控制器、时间继电器 (反吹间隔1s~99h, 反吹时间1s~99h) 、三通电磁阀、浮子流量计、过滤组件、可标定分析仪等。校验稀释比仪器范围10~200∶1。例如, 用510×10-6的标准气SO2标定仪器, 稳定后分析仪实际显示为8×10-6, 则稀释比为510/8=63.75。测量系统流程如图4所示。
2.2 采样探头
采样探头部分由粗过滤 (30~50μ) 、精过滤 (5~10μ) 、采样装置、加热件 (0~399℃) , 稀释腔、反吹电磁阀组成。采样咀的维护较关键, 一般不要从采样咀座上取下来, 只需要用纱布蘸酒精轻轻擦拭, 然后用A管通入压缩空气吹洗即可。当必须将采样咀座取下维护, 应连同采样咀座一同取下, 安装时在螺纹上缠生料带, 然后拧到位。更换新的采样咀要连同座一起取下, 一同更换。采样咀的反吹如图5所示。
2.3 稀释样气
压缩空气在吹入采样探头前, 要进行预处理, 除去空气中的水分、油份等杂质, 确保送入稀释腔的气体干净。稀释腔前加一空气净化器, 以完成空气的再次预处理。
2.4 流速的测量
测定流速的方法很多, 包括超气波法、热导法、皮托管法, 其中皮托管法的应用较为广泛。
皮托管法是把皮托管置入烟道, 将流动的气体产生的“动压”、“静压”通过皮托管动压、静压口接收并输送到差压变送器, 放大、整形、计算后获得气流速度, 并转化为4~20m A的模拟信号, 用于烟气流量、排放量、浓度的计算。所以流速测量的准确性对整个CEMS系统中有着极其重要的作用。气体的流速与其动压的平方根成正比, 即:
式中, F0为气体流速, m/s;ΔP为气体动压, Pa;ρ为烟气密度, kg/m3;KP为皮托管系数 (一般S型皮托管系数为0.84) 。
2.5 浓度的检测分析
通过浮子流量计 (规格为0.1~2L/min) 将样气流量控制在一定的值 (0.8L/min左右) , 采用分析仪进行SO2、NOX浓度值分析, 最终以4~20m A模拟信号的形式送到上位机和信号发生模块。选用紫外线分析仪, 内部有耐腐蚀隔膜泵, 泵流量为5.5~6.5L/min, 泵压力为± (8~10) k Pa。
3 测量值的计算及发送
3.1 SO2、NOX测量值的分析与计算
(1) 体积浓度 (CV) 的计算。
计算公式:
式中, Ua为系统中固定检测点a的电压值, m V;K为记忆在系统中的数值 (SO2传感器标定后) 。
(2) 质量浓度 (CM) 的计算。
标准状态下SO2、NOX气体浓度为:
式中, K为稀释比;t为烟气的温度, ℃;P为大气压力值, k Pa。根据式 (3) , 可将样气的体积浓度转换为标准状态下的质量浓度, 但根据国家检测标准, 最终要发送和测定的是烟气的折算值 (即某一固定过剩空气系数时的浓度, 过剩空气系数是燃料燃烧时实际空气消耗量与理论空气需要量之比值) 。根据工业炉窑大气污染物排放标准GB9078规定, 该公司为冶金单位, 顶吹炉尾气SO2的排放浓度应折算为过剩空气系数1.7 (火力发电厂为1.4) 时的质量浓度。
(3) 烟气流速的计算。
烟气平均流速:
式中, Kv为速度场常数。
(4) 烟气SO2流量 (排放量) 和排放总量的计算。
根据烟气平均流速和烟道截面有效截面积, 可计算出烟气流量为:
式中, F0为烟气平均流速, m/s;A为烟道截面有效截面积, m2。
国家规定在线系统下要求使用标准状态下的折算流量值, 其表达式为:
式中, t为烟气的温度, ℃;P绝为烟气绝对压力值, k Pa;XSW为烟气中水分含量体积百分数, %;A为烟道截面有效截面积, m2。
根据所求得的烟气折算流量, 即可计算出折算烟气总排放量QZ:
式中, tz为总的排放时间, h。
3.2 发送数据要求及相关标准
山西省环境监控中心要求发送信号为数字信号, 所以在PLC程序对数据进行折算输出后, 加一数字采集仪, 通过A/D转换为数字信号加以发送。该单位采用的是罗克佳华数采仪, 其相关功能完全按照山西省环境监控中心的标准制定。
以一组实时发送的数据为例, 格式为:
##:数据包头标示符, 固定为##;0328:数据段的ASCII字符数;ST:系统编号;CN:命令编号;PW:访问密码;MN:监测点编号, 这个编号下端设备需固化到相应存储器中, 用作身份识别;CP=:&&数据区&&;Data Time:系统时间;xxx-Rtd:污染物实时采样数据, “xxx”是污染物代码, SO2为02, NOX为03;xxx-Zs Rtd:污染物实时采样折算数据;xxx-Flag:监测污染物实时数据标记 (P:电源故障;F:排放源停运;C:校验;M:维护;T:超测上限;D:故障;S:设定值;N:正常) ;D581:数据段的校验结果。
4 结语
该系统的各项测量数据都达到了企业预计的目标和国家的标准, 完全能够体现出企业的尾气排放情况, 可靠性和稳定性相对较高。
参考文献
[1]金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社, 1993
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[3]国家环境保护总局.GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》[S].北京:中国标准出版社, 1997
[4]陆德民.石油化工自控设计手册 (第二版) [M].北京:化学工业出版社, 1988
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[6]张宝贵, 韩长秀, 毕成良, 等.环境仪器分析[M].北京:化学工业出版社, 2008
烟气CEMS 篇2
某电厂投产1年后烟气在线监测CEMS系统接连发生两次雷击事故。事故经过简单回顾如下:
1) 事故经过:2011年6月14日晚上发生雷雨天气, 雷声大作, 晚上0:32分2号机组六大风机跳闸, 后锅炉降负荷, 直到0:57分机组恢复正常运行, 后检查发现锅炉DCS画面部分温度、压力测点、烟气在线监测系统的测点显示异常, 全部坏点。
2) 2012年6月19日下午14:03发生雷雨天气, 雷电在天空中烟囱附件弧线比较长, 1号机组高压流化风机状态信号消失, 后检查发现DCS卡件过电流损坏, 检查其他设备无故障。同时发现2号机组烟气在线画面有2个点损坏, 其他3个烟气压力点损坏。
2 过程分析
由于设备可能与雷击有关, 所以我们先从雷击侵入可能途径入手分析:
1) 雷电侵入仪表系统的途径。雷电对仪表控制系统的危害主要是通过直击雷和雷电电磁脉冲干扰两种形式。主要是通过以下的几种耦合途径给PLC系统带来危害的:
a.直击雷造成的地电位浮动而导致的雷电反击。控制系统建筑物的防直击雷装置在接闪时, 强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置, 会使局部的地电位浮动并产生跨步电压, 如果防雷的接地装置是独立的, 它和控制系统的接地体没有足够的绝缘距离的话, 则它们之间会产生放电, 这种现象称为雷电反击, 它会对控制室内的PLC控制系统产生干扰乃至破坏;
b.当控制系统建筑物的防直击雷装置接闪时, 在引下线内会通过强大的瞬间雷电流, 如果在引下线周围的一定距离内设有连接PLC系统的电缆 (包括电源、通信以及I/O电缆) , 则引下线内的雷电流会对PLC的电缆产生电磁辐射, 将雷电波 (高电位) 引入PLC系统, 干扰或损坏PLC系统;
c.当控制系统周围发生雷击放电时, 空间辐射的电磁场会在各种金属管道、电缆线路上产生感应电压 (包括电磁感应和静电感应) , 从而使PLC系统失效或损坏。
2) 原因分析。由于电厂的烟囱有180 m高, 属于高大建筑防雷接地是单独设计, 有单独的接地网, 全部是80的镀锌扁钢环形焊接而成。可以保护到周边100 m的半径范围内。平时如果一般的雷 (指持续时间短1 s以内) 即使顺着下引线冲击下来后, 马上会被接地网吸收掉, 但是如果雷击持续时间长 (超出2 s) , 就烟囱本身地网而言变得吸收较平时慢一些, 但是残余雷击波高电压会对在范围内的弱电设备 (比如地位上附的控制系统设备) 通过耦合放电。所以说上述三种方式综合形成的原因就是对内部附有控制系统放电, 而一旦控制系统接地系统存在接地不良或没有泄压通道, 那么就会在控制系统最薄弱的地方形成泄压通道, 由于时间短电压大所以破坏力强。而且由于目前控制系统一般的接地主要有两种措施:浮空、单点接地, 本系统如果采用浮地的话, 会出现由于仪表的外壳要进行保护接地, 当雷电较强时, 仪表外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压, 将两者之间绝缘间隙击穿, 造成电子线路损坏, 故这种方式不能采用。而采用单点接地时的突出优点是可以就近接地, 接地线的感应电感小。但是如果较强的雷电波通过保护地进入系统, 电子电路同样会因承受高压而损坏。综合两种方式优缺点本系统应该采用首先将控制系统内设备的接地线全部汇总回到“一点”, 为了防止感应电压从此点进入系统, 将汇总后的单点引到烟囱保护范围边缘地带, 实现降压、消压的目的。
3) 现场处理经过。第一次事故后专业人员对就地CEMS系统机柜检查, PLC系统采用为西门子S-300系统, 接地系统为机柜与CEMS小间就地地网相连, 小间接地线与烟囱主地网相连, 对外信号输出方式为PLC控制系统的DO卡件加上隔离器输出送到远方集控室的DCS控制系统, DCS控制系统通过CEMS系统送来的SO2/NOx调节锅炉侧石灰石给料阀的转速。该厂当年接地网已委托有资质的当地防雷测试所测试没有发现问题。第一次故障后检查发现机柜里从就地传感器回来的信号线的屏蔽地线有部分未与机柜外壳连通, 遂怀疑可能是由于对地的瞬间感应残余高压通过电磁场耦合导致未接地的屏蔽线感应出高压, 此高压通过DO卡件通道释放导致卡件击穿。由于时间比较紧随后把此部分地线全部与机柜内部铜排接地连好, 机柜地线与室内接地网也可靠连接后恢复系统, 后经过两次雷雨天气系统未发生故障。第二次事故后事后专业技术人员组织仔细分析系统, 对测量系统进行检查后发现全部是锅炉烟风系统的测点损坏, 后发现跟这个系统使用同一卡件的烟气在线系统的测点也全部损坏, 由于烟气在线测点全部安装在烟囱附近, 而烟囱是全厂的最高点, 初步判断是从烟囱带过来的感应电导致卡件损坏进而损坏其他测点。后据当时运行人员描述, 当时雷电放电时间比较长, 整个烟囱白茫茫的一片, 而且引风机房顶部的滑触线有检修人员看到有放电冒火现象。种种描述都说明当时放电时间是比较长的, 由于瞬间的高电压对整个烟囱接地网的冲击, 接地网的感应电压瞬间升高, 而正好烟囱的接地大网在引风机房这一点可能有不良现象, 造成离烟囱比较近的烟气在线监测控制室控制机柜内部地网的感应电压也瞬间升高。由于CEMS系统的PLC柜厂家已经考虑了柜内系统内部元件的防雷设计, 也就是说从烟囱本体的测量仪表回柜内PLC传输部分厂家全部配制了防雷抗浪涌功能, 但是往DCS传输部分没有考虑, 从而造成柜内跟DCS相连的系统传输部分发生损坏, 见图1。
通过咨询CEMS厂家设计人员了解到设计意图也是由于所有电厂一般CEMS系统设备都处在烟囱下属于雷击隐患多发区域, 所以对内部设备加装了隔离器、电源防浪涌保护器, 对内部一次、二次设备全部隔离保护。导致每次故障发生后出现CEMS系统内部故障最少甚而没有故障。而薄弱的地方都是DCS侧的设备, 包括DCS同一机柜内的需要供电的输出仪表 (变送器、执行器等) 。由于现场仪表 (变送器、执行器等) 是采用金属的仪表外壳通过仪表箱接地实现防雷屏蔽, 仪表箱要与其他现场的金属设施实现等电位联结, 并接入防雷接地系统。此接地的缺点是不能抑制仪表的信号传输内部的感应电压, 特别容易导致仪表内部过电压损坏。如果能在DCS控制系统输出侧加装隔离器或防雷器, 就可以起到保护作用。通过调研本公司采用北京平和公司的PH1033型号的一进一出的4 m A~20 m A类型的隔离器加装在DCS控制系统的输入、输出通道上。同时选用该公司的PH-A型防雷器 (In (8/20μs) =5 k VA;Imax (8/20μs) =10 k VA;Up≤90 V) , 冲击电流可以达到10 k VA, 能满足系统安全使用。从PLC系统到DCS直接增加防雷击抗浪涌功能, 保证系统内部的防雷击能力, 由于DCS卡件瞬间抗雷击电压只能到500 V, 但是不能持续, 所以为系统配制防雷器+隔离器增加系统的防雷功能。系统连接见图2。
4) 实施过程细节。首先从根本上解决接地网的问题, 由于整个烟囱接地网比较庞大, 如果开挖找出某一点接地不良好比大海捞针一样困难, 耗费人力时间而且造价较高不易实现, 所以把CEMS系统机柜全部重新接地线, 从附近接地系统比较好的除尘器钢梁上引接, 并重新敷设6 mm2的专用地线保证接地的良好。由于除尘器钢梁至少有10处与接地体焊接而且距离烟囱已经有至少30 m就是有残余高电压引到此处已经消耗殆尽。施工中要求模拟量信号先进入防雷器 (PH-A) , 再进入隔离器, 为了施工方便默认为1+, 2-, GND1为防雷线端子要求选用2.5 mm2的导线, GND2为防雷器外壳地端子要求选用0.75 mm2的导线, 所有的GND1汇总后接到柜内的接地铜牌上, 所有的GND2汇总后接到柜内的外壳接地线上, GND1和GND2汇总后通过6 mm2的专用地线与除尘器钢梁连接。系统改造后要经常在检修期间检查线路连接是否松动, 这些细节如果平时不检查很容易形成隐患后期造成设备损坏。
3 结语
系统改造后经过两年时间运行现场无数次的雷电天气检验证实方案可行, 提高了设备的利用率而且方案费用低。为了防止或减少因雷击导致现场仪表及PLC系统的故障和损坏, 确保PLC及机组的可靠稳定运行, 在遵守有关国家及行业标准的基础上, 要对整个仪控系统根据等电位联结的原则加以设计, 从主控室、PLC的I/O模件、现场仪表等多方面综合考虑, 采用隔离、防雷、屏蔽等多种措施, 同时在设计阶段需要电气、热控等专业协同合作来实现。除了考虑系统安全性以外, 还要考虑投资成本的经济性, 做到安全可靠、技术先进、经济合理。
摘要：结合具体实例, 论述了某电厂烟气在线监测CEMS系统的设计缺陷, 并通过专业人员分析技改后提高了设备的可靠性, 保证了环保设施的投运率, 在目前环保要求日益严重的形势下有助于企业提高设备管理水平。
关键词：CEMS,防雷,监测,系统改造
参考文献
[1]GB 50343-2004, 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].
[2]DL/T 5190.5-2004, 电力建设施工及验收技术规范第5部分:热工自动化[S].
[3]GB 50093-2002, 自动化仪表工程施工及验收规范[S].
烟气CEMS 篇3
关键词：锅炉CEMS系统,过量空气系数,数据失真
固定污染源烟气连续在线监测系统 (Continuous Emission Monitoring Systems, CEMS) 简称为烟气连续在线监测系统, 主要用于连续地监测锅炉烟气中的烟尘、二氧化硫与氮氧化物的排放浓度和排放量, 以便真实地反映企业污染物的实际排放情况, 是环境管理、环境监测、排污收费、污染物治理和实施污染物排放总量控制的可靠依据和必要的技术手段。为企业污染物排放控制优化系统提供技术手段, 对锅炉运行、除尘器、脱硫设备的运行、购煤与配煤量进行指导。同时, 也为环保监管部门提供执法数据。
吉林油田热电厂现有8台220t/h的锅炉, 其中燃煤锅炉两台、煤气掺烧锅炉4台、燃气锅炉两台。作为国控重点污染源企业, 该厂按照国家环境保护标准要求, 在烟道出口安装并投运了6台脱硫系统 (内含烟气监测系统) , 又先后在烟道上安装了8套SCS-900C系列CEMS, 并与省、市环保监控平台联网。由于该厂的锅炉有全烧天然气、煤气掺烧及全烧煤等多种方式, 不同运行方式所排放的烟气组分含量差异较大, 加之该厂位于东北地区, 冬季供暖期长达6个月, -20℃以下的严寒天气较多, 导致CEMS系统在运行过程中出现了诸多问题。现将笔者遇到的问题和解决方法作一详细介绍。
1 CEMS简介CEMS系统通过采样和非采样方式连续监测烟气中的SO2、NOx和颗粒物, 同时测量烟气的温度、流量、流速、压力及烟气的含氧量等, 所有参数经信号处理后传输至数据处理系统 (PLC.DAS) 与PLC进行通信 (RS485方式) , 最终采集到环保监测所需数据。由PAS.DAS软件对这些数据进行计算处理, 实现环保数据的存储、打印及统计等功能, 为运行人员提供污染物的实时排放参数, 指导机组优化运行并控制烟气污染物的排放, 同时将数据传输至环保监管部门。
吉林油田热电厂CEMS系统的烟气处理流程如图1所示, 由气体监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理子系统组成, 其中气体监测子系统采用直接抽取加热法监测气态污染物SO2、NOx与O2的浓度和排放总量;颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量;烟气参数监测子系统主要用来测量烟气的流速、温度、压力、含氧量及烟气湿度等, 并将这些参数用于排放总量的计算以及相关浓度的折算;数据采集处理与通信子系统实时采集各项参数, 并与环保监管部门进行数据传输。
2 故障分析与处理
2.1 过量空气系数选择不当
CEMS烟气监测系统的过量空气系数选择不当会导致折算后的数据失真。GB 13223-2003[1]规定:实测的火电厂烟尘、SO2和NOx排放浓度必须执行GB/T 16157-1996[2]规定的C=C′× (α′/α) 进行折算, 其中C为折算后的火电机组烟尘、SO2和NOx排放浓度;C′为实测的火电机组烟尘、SO2和NOx排放浓度;α′为实测的过量空气系数;α为规定的过量空气折算系数。由该计算式可知, 当SO2和NOx的数值一定时, 烟气含氧量越高, SO2和NOx的折算值越大。一般地, 燃煤锅炉按α=1.4进行折算;燃油锅炉按α=1.2进行折算;燃气轮机组按α=3.5进行折算。
吉林油田热电厂的1#～4#锅炉在冬季供暖期以煤气掺烧为主, 供暖期结束后以全烧天然气为主, 由过量空气系数折算公式可知, 折算后的浓度C与规定的α有直接关系, 如果α选择不当会导致折算数据的失真。
2.2 设备冻堵和堵塞导致分析数据失真
7#和8#燃气炉的加热采样管线从烟道出来进入分析控制柜的部分在原安装过程中存在回弯现象, 并且烟气含湿量较大 (最大8.98%) , 在低温严寒时极易发生冻堵现象。笔者改造了加热采样管线的走向, 将7#和8#炉的原取样管线拆卸后重新进行布线, 从烟道采集口至分析控制柜的管线具有一定倾斜度直斜线布置, 保证加热采样管线排水通畅, 有效地避免了加热采样管线回弯存水遇低温冻堵故障的发生。
取样管线和恒温伴热带外面用保温材料包裹, 最外层用耐高温抗腐蚀的胶皮套管固定 (统称加热采样管线) 。取样管线采用直径为8mm的耐腐蚀四氟乙烯管, 恒温式伴热带采用分段加热, 约1m为一个加热段。冬季时, 恒温伴热带故障导致采样管线在冬季发生冻堵, 在实际运行中出现过多次伴热带中间部分坏损导致采样管线在冬季发生冻堵现象, 笔者用细钢丝疏通管路判断堵塞位置后, 检查时发现堵塞部位伴热装置不热, 经过处理后取样管线流出冰水。笔者的处理措施是:在8套CEMS原采样管线外面再加装一套温控伴热带, 并用保温棉包裹, 这样就避免了冬季严寒期间采样管线发生冻堵的现象。为了防止新加装的伴热带在加热过程中导致采样管线外面的胶皮老化, 要求只有当室外温度在-25℃以下时使用此方案。
在冬防保温期间, 冬季室内温度低导致排气管路冻堵, 提高室内空调温度, 做好排气管路保温措施防止冻堵现象。取样探头与烟道墙体接触部分在冬季严寒期间易发生冻堵, 用保温棉将此部分包裹好防止冻堵现象。
制冷器的温控仪故障导致管路冻堵, 如果制冷器温度显示在零度以下, 制冷器的玻璃腔将发生冻堵现象。清除制冷器玻璃腔内的积冰, 对制冷器的温控仪进行检修维护, 使其工作在4～7℃的温度范围内。
由于长期抽取烟气导致管路内壁会越来越窄, 最终堵塞管路。检查取样管路是否堵塞的具体方法是:把下面的管线接头拆开进行系统反吹, 如果取样管线没有反吹气体说明管线不畅通。一般采用通水并用细钢丝疏通法进行疏通, 把下面的管线接头拆开, 从采样测点处通入弱碱性循环水, 由于取样管线有电伴热, 通入水后会被加热, 热水会溶解管线内壁的积垢, 再用细钢丝慢慢疏通, 积垢会顺着管线下口流出, 最后通入压缩空气吹干即可。为确保取样管路和取样探头畅通, 系统必须具有定时管路反吹扫功能, 因此程控反吹扫装置一定要可靠运行, 并且要调整好反吹与数据保持时间, 如果调整不好, 在吹扫刚完成时抽取的气体含量往往浓度偏低, 数据过一会才能稳定。
疏水过滤器积水造成管路堵塞, 一般有以下两种情况:
a. 冬季室内温度低时易出现疏水过滤器积水, 分析仪流量计显示偏低且调整RV1阀无效, 解决办法是提高室内温度、更换疏水过滤器、清除前/后管路积水并吹干即可;
b. 蠕动泵停运或蠕动泵管老化排水不畅, 也会导致疏水过滤器及前/后管路积水, 应定期更换蠕动泵管 (一般一年一次) , 如果蠕动泵停运及时更换即可。
2.3 管路泄漏导致分析数据失真
采样系统的管路、各连接接头、过滤器、冷凝器及蠕动泵管等处如果密封不严, 都会造成O2含量偏高, SO2含量偏低。出现这样的现象时要检查管路密封。
反吹系统的SV14电磁阀关不严, 压缩空气进入取样管线, 造成分析数据失真。把SV14电磁阀下面的接头拆开后, 有压缩空气吹出说明SV14电磁阀关不严, 更换SV14电磁阀确认其能够关严即可。
2.4 分析仪显示偏低
由于仪表室内空气中含硫, 当分析仪用含硫空气作为零气进行仪表零点校准时, 造成实际零位偏低, 导致分析仪显示偏低。
依HJ/T 75-2007[3]规定, 具有自动校准功能的气态污染物CEMS每24h至少自动校准一次仪器零点和跨度, 其零点漂移不超过±2.5%F.S, 跨度漂移不超过±2.5%F.S, 标准零气要求含SO2、NOx (以NO2计) 均不超过0.1μmol/mol (SO2、NOx分别为0.3mg/m3、0.2mg/m3) 。零气中含有的其他气体的浓度不得干扰仪器的读数或产生SO2、NOx、CO2 (测定烟气中CO2时) 的读数;量程气的要求是不确定度不超过±2%且在有效期内的国家标准气体。
为了确保CEMS系统的准确性, 确保仪器的线性, 一般CEMS系统均设有自动零位校准功能, 每隔数小时就自动进行一次零点校准工作 (零气为空气) 。由于CEMS系统排气不畅或排气泄漏导致仪表间空气含硫 (15μg、30μg或更多) , 特别是在烟气实际含硫量较低的情况下 (50μg) , 将使仪表测量数据误差大大超标。为此, 笔者采用含SO2、NOx均不超过0.1mg/L的压缩空气, 经减压后接至系统零气输入口, 确保零气中SO2含量基本为零。
2.5 采样气体流量偏低导致分析数据失真
采样气体流量对SO2有很大影响, 当采样气体流量偏低时就会造成进入气体分析仪的气量过小, 使测量数据偏低, 而流量过大则是容易损坏分析仪, 一般要求流量保持在0.8～1.2mL/min。
2.6 气体分析仪误差导致分析数据失真
分析仪表误差对在线连续测量数据的影响很大, 该系统采用的MODEL 1800分析仪可以设定自动标定时间, 一般设定6h自动标定一次, 此外还要每月定期校表一次, 用SO2或NOx标气对各测量组分进行标定, 以消除分析仪表的误差。
3 环保比对测试中需注意的问题
由于环保测试取样点与在线监测取样点不是同一点, 为了尽可能使二者的数据一致, 减少影响比对数据一致性的因素, 当环保部门到现场进行比对测试时, 要注意以下两方面的问题:
a. 环保部门到现场进行比对试验时, 一般在室外烟道取样点采用便携式测试仪进行测试, 而电厂烟气在线监测系统是将烟气通过取样管线引到CEMS间的分析柜进行测试。由于便携式测试仪的管径小于室外烟道取样点的开孔直径, 当测试仪插入烟道取样点后, 要尽可能密封取样点防止空气漏入取样孔 (如果有空气漏入将导致测试仪测试的数值偏大) , 这样两者表计的数据一致性相对要好一些。
b. 比对试验时要注意天气的影响, 温度过低时便携式测试仪不能正常工作, 影响比对数据的精确性。2010年12月, 东北地区的气温基本在-20～-30℃之间, 环保局来该厂进行比对试验, 完成8#炉比对试验后, 进行7#炉比对试验时便携式测试仪显示数值极低, 并出现死机现象。分析其原因, 发现是由于温度过低导致测试仪不能正常工作。因此, 进行比对试验时要选择适当的气温, 避免气温影响比对数据。
4 结束语
通过对CEMS系统采样管线回弯存水处重新进行布线, 选择恰当的过量空气系数, 并对设备冻堵和堵塞、管路泄漏、采样气体流量偏低及气体分析仪误差等故障导致的分析数据失真的问题进行妥善解决。同时, 依据HJ/T 75-2007制定了《热工分厂环境保护实施细则》和《CEMS系统HSE检查表》, 明确班组的检修、维护职责。这样, 吉林油田热电厂烟气监测参数的准确性大大提高, 故障时间和故障率大大减少。这对于冬季天气寒冷地区热电厂CEMS系统的维护和检修具有参考和借鉴意义。
参考文献
[1]GB13223-2003, 火电厂大气污染物排放标准[S].北京:国家环境保护总局, 国家质量监督检验检疫总局, 2003.
[2]GB/T16157-1996, 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法[S].北京:国家环境保护局, 1996.
烟气CEMS 篇4
1 我厂脱硫CEMS烟气在线监测系统概述
脱硫在线监测系统测量的主要参数:SO2、NOX、O2、流量、烟尘、温度、压力等, 其中SO2、NOX采用NRIR不分光红外法、O2采用电化学法用分析仪检测, 粉尘浓度 (激光后散射法) 、流量 (皮托管差压法) 、温度、压力等通过安装在现场平台上的仪表进行检测, 这些数据经过信号处理传至PLC, 上位机与PLC进行通讯 (RS485) 采集到环保要求数据。通过DAS站对环保数据进行存储、打印、统计和传输, 并分别传至DCS和环保局。
2 系统原理
2.1 系统原理
CEMS烟气连续排放监测系统 (Continuous emission monitoring systems for flue gas) 简称CEMS, 主要用来连续监测烟气中烟尘及二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。系统主要包括:烟气颗粒物监测子系统 (烟尘CEMS) 、气态污染物监测子系统 (烟尘CEMS) 、气态污染物监测子系统 (烟气CEMS) 、排气参数子系统等三部分。
2.2 系统结构
CEMS系统采取了模块化的结构, 系统功能单元大致分为室内和室外两部分。室内部分主要有主机柜 (样气处理、分析仪、数据采集处理等) 、供电电源、净化压缩空气源。室外部分主要有采样监测点电源箱、红外测尘仪、流速监测仪、烟气采样探头、空气过滤器以及伴热采样管线和信号控制电缆等组成。
2.3 气体监测
烟气的分析 (SO2、NOX、O2) 采样方法采用直接抽取加热法, 分析仪表选用德国西门子多组分红外分析仪ULTTRA-MAT23。SO2、NOX红外分析原理, O2采用电化学法。
我厂采用直接抽取法进行烟气分析, 标准状态下的干烟气是指在温度273K, 压力为101325Pa条件下不含水汽的烟气。系统主要由保温取样探头、保温输气管路和制冷除湿预处理系统组成, 测量较准确, 表计不准时可以随时用标气标定。
2.4 粉尘监测
我厂采用RBV粉尘仪, 基于激光散射原理, 基于烟尘粒子的背向散射, 镜头要经常擦拭、污染严重时要用酒精棉对其清洗。特别是当法兰焊接在烟囱上后, 如果为负压, 需要连接保护过滤器;如果测点在正压, 需要加反吹, 含尘量应小于200毫克/方米。如果烟气中含水量太大会影响测量效果, 水汽太大, 水滴会被当成颗粒物测量。
2.5 流量测量
利用皮托管差压法, 皮托管有两个测压孔, 一个对准气体流动方向, 测的是总压, 另一个垂直于流动方向, 测的是静压。流速与动压的平方根成正比, 为了保证测量准确, 增加了反吹管路和电磁阀, 定时进行吹扫。
2.6 辅助参数
温度采用一体化温度变送器测量, 压力采用西门子扩散硅微压变送器。
2.7 数据采集处理系统
由计算机、打印机、485-232转换器、相关软件。
2.8 气体预处理系统
2.8.1 气体采样
烟气经采样探头和烟气加热管线由取样泵抽到分析柜, 气体伴热管路为避免从取样点及分析柜传输过程中不出现样气冷凝现象, 避免SO2损失及样气畅通, 取样管线及取样探头均采用加热方式, 其温度要求控制在120-140度。采样流程为:样气-采样探头-采样管-分水器-制冷器冷枪A-过滤器FP1-两位一通电磁阀Y1-制冷器冷枪B-抽气泵-样气、标气切换阀-分析仪表-排气管路到室外。
2.8.2 真空泵为法国产KNF耐腐隔膜真空泵。
2.8.3 样气过滤器主要通过探头过滤器和过滤器组成。
2.8.4 样气除水:
样气进入分析柜后, 通过制冷器来对样气进行快速冷凝, 经过制冷后的样气将满足分析仪要求。蠕动泵用于冷凝水的排放, 制冷器的温度一般控制在+5±2℃, 其中包括气体冷凝、过滤器和气流调节装置组成, 使烟气中夹带的液态汽溶胶体、水分等冷凝液体, 在经过汽水分离器的气膜时被捕集, 集成液滴沿器壁下落, 由出水口排入排水器内, 从而达到气液分离的目的, 并使样气得到进一步净化, 并调节气流到一个合适的流量送入分析仪内。
2.8.5 净化器源:
为仪器的气路提供清扫气, 经过除水干燥, 出游净化处理后的洁净空气。主要有:测尘仪的在线强制吹扫气路, 防止光学镜头污染;用洁净的压缩空气吹扫采样气路和采样探头。双管伴热和吹扫气路, 保证采样探头和管路的畅通。
3 分析仪故障分析
3.1 分析仪常见故障代码有M维护请求、F有故障、“!”是故障已被记录在日志中而且不错在。
3.2 烟气分析仪SO2数值显示偏小或不变
(1) 当现场锅炉工况偏低或者停炉时, 对SO2影响很大, 当负荷高时, 燃煤量大, SO2含量高;负荷波动大时, SO2变化也会大。
(2) 当采样气体流量偏低时对SO2有很大影响, 一般要求采样气体流量保持在0.8-1.2mg/min之间, 流量偏低会使进入分析仪的气量过小而使得测量数值偏低。一般为采样探头、管路、控制电磁阀、冷凝器堵塞或冰冻现象, 应使流量在正常范围。排气管、排水管冻管, 导致管路堵, 分析仪不能正常工作, SO2和O2浓度不准, 要尽量提高环境温度, 避免类似现象发生。
(3) 当管路存在泄漏现象时, 首先会是氧量偏大, SO2偏低, 可能原因是采样管路、连接接头、过滤器、冷凝器、蠕动泵管等密封不严;从玻璃瓶进气口取下进气管, 堵住进气口, 如果浮子流量计小球到最低, 且仪表出现报警说明柜内各装置密封良好。精密过滤器堵导致分析仪没进气, 导致SO2和氧量浓度不变;蠕动泵坏导致系统漏入空气使分析仪数据测量不准确。
3.3 采样气体流量偏高或偏低
管路漏气时, 流量显示偏高, SO2偏高, 此时应检查密封。
管路有堵塞时, 流量计显示偏低且调整螺钉无效、SO2偏高, 此时应检查真空泵处理及管路堵塞情况。
4 系统维护
4.1 在线监测SO2数据异常的处理方法
在CEMS小间检查在线分析仪的流量是否保持在1.0mg/min左右, 如果不能调节, 拔下初级过滤器前取样管, 观察分析仪流量是否能升高到2.0mg/min以上, 若不能则重点检查初级过滤器、真空泵、气管、各接头、冷凝器、气体排出管是否顺畅等。若能, 则重点检查烟气取样装置是否堵塞, 重点检查采样滤芯、探头、电磁阀、伴热管线等;检查排水蠕动泵运转及排水、泵的严密性、查看有无漏气, 最后用标准气对分析仪进行标定
4.2 SO2标定步骤
零点标定时按CAL键, 拔下真空泵入口软管, 自动校准零点, 要求分析仪流量计保持在1.0ml/min左右, 校准完后自动进入测量状态。量程标定时要求通入符合条件的标准气体。标气浓度单位换算系数:
4.3 日常维护与保养
维护内容包括系统检查与部件更换, 一般包括日常检查和定期检查。日常检查包括对ULTRAMAT23、保护过滤器、制冷器后管路、制冷器、蠕动泵、储液罐、采样管线、采样探头、粉尘仪风机、DAS系统进行检查;定期检查包括测尘仪零点及跨度校准15-30天, 流量计校准零点、更换机柜风扇滤网、U23量程校准周期是3-6个月, 更换取样探头过滤器滤芯、蠕动泵管及粉尘仪风机滤芯周期为6个月, 更换取样泵膜片要1-2年, 更换电磁阀周期为3年。还要每3个月对分析仪进行零漂、跨漂校准并填写校准记录。
过剩空气系数α=21%/ (21%-XO2) ;XO2为实际含氧量
用折算浓度算超标C=C?* (α/αS) ;C为折算浓度, C'标干污染物浓度, αS锅炉标准的
颗粒物和气态污染物排放率G=C'*Qsn*10-69 (Kg/h) ;Qsn为标干烟气流量, 单位m3/h
环保部门的监督考核从验收合格后开始, 每季度企业自行开展比对监测, 比对监测时, 生产设备应正常稳定运行。比对监测项目有烟气温度、烟气流速、氧量和污染物实测浓度 (颗粒物、SO2、NOX) 。
数据统计方法及判定:
每季度有效数据捕集率= (该季度小时数-缺失数据小时数-无效数据小时数) / (该季度小时数-无效数据小时数) ×100%
缺失数据时间段包括:烟气CEMS故障时间、维修时间、失控时段、参比方法替代时段以及有计划地维护保养、校准、校验等烟气CEMS缺失时间段。
无效数据时间段包括:固定污染源起停运 (大修、中修、小修等) 期间以及闷炉等时间段。
根据环保标准规定烟气CEMS每季度有效数据捕集率应达到75%以上。
摘要：脱硫CEMS烟气在线监测系统主要用来连续监测烟气中烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度及排放总量。我厂采用石灰石-石膏干法脱硫工艺、直接抽取法测量。
关键词：CEMS,脱硫,连续监测,SO2
参考文献
[1]国家环境保护总局.固定污染源烟气排放连续监测技术规范 (试行) .2007, 7, 12.
烟气CEMS 篇5
烟气连续监测系统 (CEMS) 是根据工业现场生产工艺控制的要求而设计、生产的, 是为保证工艺系统的安全运行和对气体排放浓度监测而专门设计的监控装置, 节能、环保、安全。CEMS可对排放物SO2、NO、CO、CO2、O2等有毒有害气体及尘埃进行实时的监测, 并且对流量、压力、温度、湿度等进行定量分析, 通过数据采集智能终端 (High Speed Digital Data Recorder) 组态软件进行统一的数据处理, 并通过FPI CEMS-2000-RM无线采集与传送终端对数据进行分析并实时的与当地环保局联网, 实现环保局集散式的监控每个排污点的详细现场情况。
2 工程概况
华电集团武乡和信发电有限公司2×600MW空冷国产亚临界燃煤发电机组, 采用武汉锅炉制造有限公司2080t/h亚临界燃煤锅炉, 哈尔滨汽轮机厂亚临界一次中间再热单轴三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机汽轮机和哈尔滨发电机三相两极同步发电机, 水-氢-氢冷却, 额定功率600MW, 定额电压10kV, 自并励静态励磁。设计煤种为武乡境内贫瘦煤, 根据实际煤种情况, 设计湿法脱硫, 工程由北京博奇工程有限公司承建, 山西和祥电力监理公司监理。烟气分析系统为上海华川环保监测仪器有限公司生产。在线数据监测上报系统为聚光科技 (杭州) 有限公司提供, 能够确保系统全天24h不间断对环保数据进行无线网络传输。
3 烟气连续监测CEMS系统的应用
3.1 系统概述
整套系统包括探头取样系统、样气预处理系统、校准系统、PLC控制系统, 气体分析仪, 烟尘分析仪、氧量分析仪、DAS系统 (数据采集和分析) , GPRS远程通讯系统。脱硫整套控制系统为北京ABB DCS集散控制, 数据显示及控制于中央控制室, 就地配置烟气分析小间, 分析仪表及采集仪表控制柜安装在小间内, 于主控系统采用4-20mA硬接线联系, 并同时通过数据采集智能终端 (High Speed Digital Data Recorder) 与环保监测实时系统柜通讯。
3.2 系统构成
CEMS烟气分析系统由柜内和柜外两大部分组成。分析柜分为脱硫入口分析柜和出口分析柜, 安装在室内, 柜外部分的电加热自动控温取样探头, 安装在烟道上。系统加热探头抽取样气, 经探头内置过滤器过滤大量烟尘。其加热温度不低于145℃, 以防止冷凝。预处理单元:包括压缩机除湿器、耐腐抽气泵、气溶胶过滤器、反吹单元等。用于完成样气的净化、除尘、除湿。标准气从预处理前端通入, 经过预处理系统, 这样使样气和标准气以同样条件进入分析仪器, 减少系统误差。气体取样设备在机柜内, 样气首先经过制冷室除湿, 然后进入第二个有固定露点的冷凝器, 穿过气溶胶过滤器分离硫酸, 通过湿度报警精细过滤器并检测冷凝器的故障, 产生的辅助信号进入分析仪故障信号切断抽气泵。故障排除后泵自启动气体分析仪能够同时有选择地测量多种组分的气体。系统可连续工作, 正常情况下无须维护。
3.2.1 分析单元
多组份光谱分析仪测量NOx、SO2和O2, 分析仪提供自动标定功能, 该仪器可采用标准气体对仪器进行校准, 各参数通道相互独立, 稳定可靠。智能化程度高, 和样气接触的红外气室可拆卸清洗, 极大地降低了维护成本。
3.2.2 控制单元
PLC是CEMS系统的数据采集、控制单元。与常规的控制方式不同, PLC提供了更为丰富的功能和更高的可靠性、扩展能力。在CEMS系统中, PLC提供了各种模拟量数字量的输入、输出信号, 并通过软件进行深度处理, 其功能主要包括自动控制烟气抽取, 并自动为分析仪提供分析样气;执行分析仪的零点和满量程校准;自动反吹和冷凝排放;显示CEMS系统状态 (采样/校零/校跨/反吹) ;报警、计算、定义、扩展;与DAS系统通讯;多点测量时, 控制气路切换、采样排序和采样周期。PLC提供了24h的记录接口系统, 可以将加工过的数据传输给DAS, 其控制指令通过DAS激活。PLC实现了分析系统智能化控制。系统内通常设有外控 (自动) 和内控 (手动) 两种程序, 能自动进行取样分析、反吹、置换、温度控制、故障识别、报警输出等, 与生产过程联锁, 输出4-20mA成分量信号和报警控制等开关信号。
3.3 系统示意图
烟气成分连续监测系统工作原理, 如图1所示系统的基本组成。
3.4 系统方案
粉尘监测系统主要由收发单元、反射单元、控制单元、自动清洗单元组成。收发单元和反射单元为系统主体测量部分。通过两个安装在现场测量烟道两侧的法兰, 利用精密的自校准光学系统, 基于光透射原理工作。该粉尘监测系统的主要技术特点包括采用直插式测量原理, 可连续进行测量, 直接输出粉尘浓度mg/m3值。由于采用了固态光源, 寿命长达十年。由于超宽带二极管的宽带光谱产生测量信号的光学鉴定, 使测量比常规的LED系统要稳定得多。高性能的微处理器技术。在不透明或透明浓度下用LC显示, 校准能力达到mg/m3。自动进行调零和量程检查, 自动污染校正。光学系统和电子设备装均密封在内部。样品的调整不用特殊工具, 方便易行。自动调整光程。有多个量程, 多路信号输出。先进的吹扫系统可减少维护量。流量监测系统的探头、法兰和仪表外壳均为耐酸不锈钢材料, 防护等级为适用在高温和腐蚀性的环境下连续工作。温度监测采用PT100热电偶测量, 方便、可靠、稳定。压力监测采用直接连接, 绝压变送器测量。系统工艺图见图2:
3.5 系统特点
(1) 直接分析原样, 尽可能地保持烟气物理和化学状态, 样气具有代表性。满足至少300d运行而不需要日常维修的要求, 可长期无人值守 (大于5d) 。可以提供98%以上的资料可利用率。
(2) 功能丰富, 包括反吹功能、自诊断和报警功能、指示功能、分析仪器自诊断、自动控制、自动校准、系统网络化、错误代码指示等功能。高可靠性、安全性、可维修性和可扩展性。监测设备满足两套烟气成分采样探头系统的运行要求, 同时设计方案考虑了一定的预留接口和容量。CEMS可与电厂、电力局、环保局的局域网形成MIS/SIS网, 可以远传通讯。
(3) 报告的烟气流量=工况下湿烟气量X (大气压力+烟气静压) /101300X273/ (273+烟气温度) X (1-烟气湿度) , 包含了温度、压力、湿度的修正为标况干烟气量。
(4) 分析仪器和监测仪表包含了为日常维护人员检修提供的电信号接口, 极大地方便了技术人员检修。所有烟道设备可以满足在下列恶劣环境下应用:烟道压力 (-4.9至+4.9kpa) 、烟囱入口温度 (小于250℃) 、相对湿度 (大于95%) 。
(5) 通过指示灯和现场动画可以实时监控设备的运行情况, 通过趋势图了解数据变化的规律及特点。变送器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的工艺图中。
(6) 在历史趋势画面中, 可以选择不同的数据进行趋势查看, 打印。并且同时可以分析出数据的最大值, 最小值, 平均值等;在画面设置中可以方便的改变趋势的类型如线条类型、颜色、文字格式等, 支持实时打印。 (图3)
(7) 以管理员身份登录后可以进行高级参数设置, 包括量程设置, 数据设置, 折算值, 排放率, 流量设置等。用户在DCS根据现场情况实时更改需要的参数, 以达到工艺要求。数据采集智能终端通过GPRS无线网络传输到环保局, 由环保局对各现场进行统一的实时监控。
4 结语
CEMS系统组态软件作为现场监控的监控和数据管理中心, 具有完善的CEMS系统所需要功能, 极大提高了工厂自身工艺安全性能, 并可及时改变工艺, 提高工厂效率, 降低了损耗。经过采集分析和处理的数据可通过无线网络直接发送到国家环保监管部门, 十分便捷, 而且数据准确真实, 为减低大气污染提高人类生存环境起到了重要作用。
摘要：针对华电集团武乡和信发电有限责任公司2*600MW机组湿法脱硫系统烟气分析系统CEMS进行了系统及无线网络联网上传至环保局监控系统描述, 对在运行期间出现的问题进行分析改造。